高等农业院校计算机基础课程教学改革初探

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  目前,各农业院校计算机基础课程群大都由“大学计算机基础”、“算法与程序设计”、“计算机系统类课程(软,硬件基础)”,以及“信息处理与应用基础”等若干课程组成。这些课程的开设对于帮助学生尽快掌握计算机基本知识、提高实用操作技能以及运用计算机处理各种实际问题能力等方面都发挥了巨大的作用。但随着计算机基础课程改革的深入及现代信息技术等在农业生产领域应用的不断深入和发展,这些课程在指导思想、内容安排上已日益暴露出许多的不足。主要表现在:其一课程本身未能全面反映“计算思维”等新的教学思想及理念、缺乏对基于计算技术,计算机求解问题的思路与方法的论述,特别是缺乏农业领域运用计算机技术解决问题的途径和手段等实际内容;其二是大部分课程缺少引导学生自我主动学习的典型素材,对用于解决专业实际问题的典型案例等突出热点问题描述不足,课程内容基本上仍是有关领域的浓缩版;其三是目前所设置的课程缺乏有效的针对性,与各专业的实际需求存有一定的差距,课程群所具有的实践性、综合性、创造性、工具性、时代性等特点在现有课程中体现不足。因此,在贯彻教育部加强高等学校计算机基础教学意见精神的同时,应结合农业院校的自身特点和实际需要,对相应的计算机基础课程加以改革,以便更好地适应现代农业发展的特殊需要。
  众所周知,农业院校人才培养的目标是造就高素质、复合型的高级农业科技人才,为了更好地实现这一目标,必须不断地随着社会对人才素质要求的提高而对课程不断进行优化和改革。作为尝试和探索,农业院校计算机基础教学课程改革的目标应是:大力加强学生“计算思维”意识的培养,全面提升学生利用计算技术,计算机求解问题的综合能力;同时遵循“先分析社会对计算机应用人才的能力要求,然后研究作为支撑的相应的知识结构,从而构建课程体系”的原则,全面优化课程设置。实现《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中所提出的“面向应用、突出实践”的目标。
  一、强化学生“计算思维”意识的培养,提升学生运用计算思维获取知识的能力
  多年的教学实践证明,大学计算机基础类课程的开设对于普及农业院校学生计算机知识以及提高运用计算机解决专业问题的能力都发挥了重要作用。但随着计算机技术在农业领域里应用的不断深入,以及社会对毕业生计算机技能的需求越来越高、针对性越来越强的趋势,现有课程在设置上已日显不足。从目前课程设置安排来看,各校基本是以通识课的形式分阶段安排“大学计算机基础”和“算法与程序设计”等课程的教学。其中,作为大学第一门计算机基础课程“大学计算机基础”既是学生学习计算机基础理论知识及基本技能训练的主要途径,同时也是培养学生“计算思维”意识的关键阶段,为此该课程应达到以下目标:即帮助学生了解计算思维的基本内容、培养学生运用计算思维获取知识的能力、初步掌握运用计算思维解决问题的一般思路和步骤,理解计算在问题处理过程中所发挥的作用。因此,在课程内容的安排上应将现有以概念、结论为主向通过计算思维的培养带动知识的学习、提升能力方向转变。
  目前,大多数院校在讲授大学计算机基础时基本上仍以单纯讲解概念、简单原理和结论为主,其结果是学生对系统只是有一个概念上的了解和认识,无法真正认识计算科学,计算技术在处理实际问题过程中所发挥的作用。为了改变这种脱离实际的教学,通过探索实践笔者认为可通过以下思路尝试解决所存在的问题。
  其一,在教学中应首先培养学生的计算思维意识,并引导学生自觉将其运用到具体的学习过程中;其二,教师在讲授时应尽量将对知识的抽象解释转化为运用知识处理实际问题的具体实例的说明上,以这种可实现思维带动对知识的掌握,帮助学生逐步提高运用计算思维获取知识的能力。那么,什么是计算思维,周以真教授指出:“计算思维是指运用计算机科学的基本概念去求解问题,设计系统和理解人类的行为。”计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题的思维方法;它是通过启发式推理法寻求处理问题的方案。以下以二进制教学为例说明计算思维思想在帮助学生全面掌握和认识二进制理论及在数据处理中的作用。
  目前在讲授这部分内容时基本上是以概念和结论为主,结果是学生对其只是有一个概念上的了解和认识,认知程度仍停留在对0和1认识的水准上,对二进制理论在数据处理过程中的作用以及基本逻辑电路的组成与二进制理论间的关系仍认识不全。为尽快提高认识,笔者认为可从系统和应用两个角度解释讲解:从系统角度而言,由于计算机能够直接识别和处理的数据只有“0”和“1”,而大量要处理的数据是以各种形式存在,因此要对它们进行处理首先要解决的是数据的识别,通过分析发现大多数客观事物(实体)由其性质决定了它们都是以两种形态存在,既以字符、文字或数字(0和1)。因此在处理时只要将其由字符或文字形式转换为“0”和“1”或“0”和“1”的组合形式就能实现;同样,对于图像、音频的处理也可完全运用这一思维思想,通过对其进行采样、量化、编码等操作实现问题的处理;而从应用角度来看,主要应解释将各类数据转换为二进制数的具体实现过程。如实现由字符向数字的转换可借助ASCII编码实现。其具体过程为:数据输入→编码(ASCII)→处理→存取→显示结果。同样,对于其他类型数据(图像、视频、音频)等的处理都也可采用这种方式。此外,从目前设计技术来看,大多数计算机的基本器件仍是由采用集成技术的半导体材料构成,而其固有的PN结特性恰好也只有两种形式“0”和“1”,这正好符合二进制理论,这样就可利用二进制运算理论设计由简单到复杂的各种逻辑电路以满足计算需求。即用二极管、三极管等实现基本门电路→组合逻辑电路→芯片(复杂组合逻辑电路)。
  二、以人为本合理优化课程内容,搭建有效的自主学习平台
  目前,从课程设置到内容的编撰来看,农业院校大学计算机基础教学虽经多次改革,但由于受通识教育思想所限,课程内容仍趋于对知识作笼统的、一般性的概念化描述。久而久之,以这种统一的、模板式方式组织教学必然会挫伤学生学习的积极性和主动性,对培养学生自主学习能力极为不利。因此,要有效地解决这些问题必须树立以人为本的指导思想,从有利于学生自主学习的角度,针对解决专业问题的需要和学生的实际需求优化课程内容。为此,我们作了以下的尝试。
  为使学生更快掌握计算机技术运用专业领域的途径和使用背景,在每一章节的讲授过程中首先给出一个应用成功的典型案例,激励和引发学生产生一种强烈的需求动机。并引导学生分析处理此问题应运用的知识结构,寻找归纳出哪些知识已掌握,哪些需要继续探索和积累,由学生根据自身情况制订学习计划。同时,教师也应明确给出要达到的目标要求,使学生时刻都能了解和掌控自身的学习过程。另外,为有效地维持学生产生的学习动机,辅佐他们尽快探索总结出典型应用案例所采用的知识点,并将其真正运用到解决专业问题的实 践中可采用以下做法:即鼓励学生运用身边的问题或专业问题作为学习任务,从中寻求分析解决任务所需的知识与技能,引导学生通过自主阅读相关教学资源并进行实验或小组协同完成综合性项目等环节,尝试利用计算机技能解决学习任务,形成较深的知识底蕴,最终实现运用计算机知识与技能灵活处理问题的最终目标。
  三、面向应用、突出实践。提升运用程序技术处理问题的综合创新能力
  作为非计算机各专业的学生,学习计算机技术的主要目的在于运用“计算思维”意识研究和解决各种面向应用的理论及实际问题。在学生已基本了解计算机系统知识并具备一定自主学习能力的基础上。课程重点应以“面向应用、突出实践”,提高学生运用计算机技术,计算机理论分析和处理问题的综合能力为主。实现由思维向综合能力的转变和提升。为适合这种转型的需要,绝大多数农林院校都相继开设了“程序设计”类课程,力图实现由理论知识向实际应用的跨越。从整体来看都取得了良好的效果,但其中也存在一些问题,问题集中体现在过分强调对语言的抽象描述,轻视对程序设计思维、设计算法以及具体处理步骤等具体内容的诠释。
  为此,只有不断改变和更新教学理念,真正以培养和提升学生综合创新能力作为程序设计课程的目标才能适应和满足社会的需要。针对程序设计类课程所具有的逻辑思维严谨、实用性、目标性、针对性强等特点,只有不断加强学生计算思维意识的培养、研究和积累各种算法在程序中的作用以及大量实践方可达到教学目标。从对教学效果分析来看,影响学生学习效果及能力提高的主要因素仍是思维方式不当、思维意识不强,由此直接制约和影响了对设计算法以及算法在程序中作用的认识和应用。因此在教学中必须以思维培养为前提,通过大量不同算法在程序实例中的演示和讲解提高学生对算法的认知程度。如:算法的遴选原则、算法在程序中逻辑结构的确定、同一问题运用不同算法所衍生的相同或不同结果的演示等等;同时在问题选取上要接近或贴近专业问题的实际需要,使学生尽快完成由对程序设计技术的学习到将其运用到解决专业问题的跨越。实践证明,以这种方式组织教学既能克服学生生搬硬套简单机械的强化记忆的学习方式,又能消除“狭义工具论”对计算机教学的影响,同时有助于学生思维的培养和素质能力的快速提升,进而达到提升运用程序技术处理问题的综合创新能力的最终目标
  三、结语
  以上就高等农业院校非计算机专业计算机基础课程改革提出了一些个人想法,面对当今科学技术的不断进步和计算机技术在农业领域应用的进一步深入和普及,必须造就一批既具有深厚的专业底蕴又熟知计算机应用技术的高素质、复合型的农业建设人才以适应社会的迫切需求。因此,高等农业院校非计算机专业的计算机基础课程必须随时代的发展和社会需求的不断提高进行深化和改革以期和时代发展相适应。
  参考文献
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